具有表面活性的十六烷基超支化聚酰胺胺包封纳米金属材料用于制备重油原位燃烧高效裂化催化剂

全球稠油资源丰富，但稠油的开采难度和成本均高于普通原油。原油原位燃烧技术是一种高效的稠油热采方法，它包括不断地向地质地层中注入加热的含氧气体，以点燃原油并加热地质地层。油品原位燃烧驱替效率实验室模拟可达80%以上，现场试验可达45-80%。与其他热驱技术相比，利用石油就地燃烧在地质地层中释放热量，节能效果最好，碳排放量最低。随着全球二氧化碳排放量的增加，回收过程中产生的环境问题引起了人们的关注。因此提高开采效率，减少生产过程中对水体的污染至关重要。

在原位燃烧过程中，稳定的燃烧前缘是影响原位燃烧效率的关键因素。目前，研究者将稠油在温度区间内的原位燃烧过程中的化学反应分为低温氧化、燃料沉积和高温氧化三个阶段。燃料沉积阶段是重油氧化焦化与裂化焦化的耦合区，产生大量低氢碳比的焦炭组分，且组分较轻；焦炭是连续原地燃烧的主要燃料来源。研究表明，过渡金属氧化物可以降低重油氧化的起始温度，增加重油裂解过程中的产气量，并提高轻质组分的收率。此外，它还可以稳定火线前缘，改造重油，提高原位燃烧的回收率。目前催化体系没有考虑到喷射能力。这是因为在使用过程中，石油原位燃烧催化剂通常是通过预注入的方式进入地质地层，然后用注入的高温空气点燃原油。催化剂作用后，地质地层中的火线移动，待燃烧原油表面被催化剂覆盖。因此，在设计催化剂结构时，需要特别注意在复杂的地质构造环境下，使催化剂更有效地到达原油表面。

东北石油大学Qilei Tong等人研究采用表面活性超支化聚合物作为铂金属纳米颗粒的包封剂。采用超支化聚合物复合纳米金属流体作为重油原位燃烧催化剂的注入载体，使催化剂在多孔介质中快速迁移到油相表面，促进重油高温裂解沉积。采用易相转移法制备了具有高界面活性的十六烷基超支化聚胺胺(CPAMAM)纳米铂(Pt)生成的材料称为Pt@CPAMAM。Pt@CPAMAM具有良好的分散性，作为水溶液可以降低稠油与水之间的界面张力。这是一种新型的重油裂化催化剂，可在重油裂化中发挥重要作用。合成的催化剂将在原油原位燃烧前作为喷射溶液制备。该溶液可以将高效的铂纳米颗粒携带到原油表面，并表现出超支化聚合物壳赋予的界面活性。催化剂促进原油在原位燃烧过程中的脱氢和裂解。原油在裂解后可以产生更多的燃烧成分，而不是以轻质成分的形式损失，这将保持地质构造中的火线。选择铂作为纳米金属芯，制备出小于10.0 nm的纳米颗粒，以提高金属颗粒的催化效率。将包被的金属纳米颗粒分散在水溶液中形成纳米金属流体，具有表面活性和催化活性。同时，由小分子组装而成的超支化聚合物可以与纳米颗粒相互作用，催化重油裂解，进一步提高了催化剂对重油的升级能力。本研究设计的催化剂结构更接近实际地层应用，是制备稠油原位燃烧催化剂解决地层中催化剂迁移问题的一种潜在方法。

文献来源：Ao Sun, Chenyang Yao, Lifeng Zhang, Yanmin Sun, Jun Nan, Houkai Teng, Jiazhong Zang,Lishan Zhou, Zhenzhong Fanand Qilei Tong*. Preparation of Surface-Active Hyperbranched-Polymer Encapsulated Nanometal as a Highly Efficient Cracking Catalyst for In Situ Combustion of Heavy Oil. Molecules 2023, 28, 5328.